หน่วย 3 การสังเคราะห์ด้วยแสง

3หน่วยการเรียนร้ทู ี่ การสงั เคราะห์ดว้ ยแสง ผลการเรยี นรู้ • สืบค้นขอ้ มูล และสรุปการศกึ ษาทไี่ ดจ้ ากการทดลองของนักวิทยาศาสตร์ในอดีตเกยี่ วกบั กระบวนการสังเคราะห์ดว้ ยแสง • อธบิ ายขน้ั ตอนที่เกิดขึ้นในกระบวนการสังเคราะหด์ ว้ ยแสงของพชื C3 • เปรยี บเทยี บกลไกการตรึงคาร์บอนไดออกไซดใ์ นพชื C3 พืช C4 และ พชื CAM • สืบคน้ ขอ้ มูล อภิปราย และสรปุ ปัจจยั ความเขม้ ของแสง ความเขม้ ขน้ ของคาร์บอนไดออกไซด์ และอุณหภูมิ ทีม่ ีผลตอ่ การสังเคราะหด์ ว้ ยแสงของพชื

กระบวนการสังเคราะห์ดว้ ยแสง กระบวนการที่พชื ดงึ พลงั งานแสงจากดวงอาทิตย์ แสง มาเปล่ียนใหเ้ ป็นพลงั งานเคมใี นรูปของสารประกอบอินทรยี ์ ปฏกิ ริ ิยาแสง ปฏกิ ิริยาทเี่ ปลี่ยนพลังงานแสงอาทติ ยใ์ ห้เปน็ พลังงานเคมี ออกซเิ จน โดยแสงจะออกซไิ ดซ์โมเลกุลสารท่อี ยูบ่ นเยอื่ หุ้มไทลาคอยด์ ทาใหเ้ กดิ การถา่ ยทอดอิเลก็ ตรอน การตรงึ คาร์บอนไดออกไซด์ กระบวนการท่ีพืชสรา้ งสารประกอบคารโ์ บไฮเดรต CO2 จากคาร์บอนไดออกไซดโ์ ดยใหเ้ อนไซม์เปน็ ตวั เร่งปฏิกิรยิ า แป้ง สมการการสังเคราะหด์ ้วยแสง 6CO2+6H2O แสง C6H12O6+6O2 นา คลอโรฟิลล์

การถ่ายทอดอิเลก็ ตรอนแบบไมเ่ ป็นวัฏจักร พลังงานแสงกระตุน้ ระบบแสง I และระบบแสง II พรอ้ มกนั ระบบแสง II ขาดอเิ ล็กตรอน จงึ ต้องอาศยั อิเล็กตรอน ส่งผลให้เกดิ การปล่อยอเิ ลก็ ตรอนไปยงั ตวั รบั จากกระบวนการแตกตวั ของโมเลกุลนาที่อยภู่ ายในคลอโรพลาสต์ อิเล็กตรอนที่ถูกปลอ่ ยมาจากระบบแสง II ไปกระตนุ้ ระบบแสง I จงึ แสง มกี ารปลอ่ ยอเิ ลก็ ตรอนไปยังตัวรบั e− NADPH + H+ แสง NADP+ + H+ e− P680 P700 ATP อิเล็กตรอนทถ่ี กู ปลอ่ ยมHา2จOากร12ะบOบ2แ+สง2 H+ จากนนั อิเล็กตรอนถูกถ่ายทอดตอ่ ไปยงั อเิ ล็กตรอนถูกถา่ ยทอดตอ่ ไปยังเฟอรดิ อกซนิ (Fd) II ไปยงั ตวั รบั อิเลก็ ตรอนพลาสโตควิโนน (Pq) พลาสโทไซยานิน (Pc) ซึ่งเป็นตวั รับอิเลก็ ตรอนตวั สดุ ทา้ ย อเิ ล็กตรอนถกู ถ่ายทอดต่อไปยัง ไซโทโครมคอมเพล็กซ์

การถา่ ยทอดอเิ ล็กตรอนแบบเป็นวฏั จกั ร ตัวรบั อเิ ลก็ ตรอน ลาดบั แรก Fd ไซโทโครม PSI ถกู กระตนุ้ จากพลงั งานแสง จะปล่อยอเิ ล็กตรอนออกมาซงึ่ จะถกู คอมเพล็กซ์ ถา่ ยทอดไปยงั เฟอริดอกซิน จากนนั จะถ่ายทอดไปยงั Pc ไซโทโครมคอมเพล็กซ์ แลว้ ส่งกลบั ไปยัง PSI เปน็ วฏั จกั รตอ่ ไป พลงั งานในการ PSI เกิดการสังเคราะห์ ATP ดว้ ยปฏกิ ริ ยิ าออซเิ ดทฟี โฟโตฟอสโฟรเี ลชนั สังเคราะห์ โดยไมม่ ี NADPH + H+ และออกซิเจนเกดิ ขนึ ATP

วัฏจักรคลั วนิ ขันตอนที่ 1 คารบ์ อกซเิ ลชัน เริ่มตน้ จาก RuBP จบั กบั คาร์บอนไดออกไซด์ สมการ คอื 3CO2 + 3RuBP + 3H2O 6PGA แลว้ ไดผ้ ลติ ภัณฑเ์ ป็น PGA ขนั ตอนท่ี 3 รเี จเนอเรชัน ขันตอนท่ี 2 รีดักชนั เป็นขนั ตอนที่จะสร้าง RuBP กลบั ขึนมาใหม่ PGA เปลี่ยนแปลงเป็น PGAL เนือ่ งจาก เพอ่ื กลับไปรบั CO2 เขา้ สูว่ ฏั จกั รใหม่ ไดร้ ับอิเล็กตรอนจาก NADPH + H+ โดย G3P จานวน 5 โมเลกุล จะถูกนากลบั ไปสรา้ ง RuBP ใหม่อกี ครัง สมการ คอื สมการ คือ 6PGAL + 6NADP++ 6Pi + 6H2O + 6ADP 5PGAL +3ATP 6PGAL + 3ADP + 2Pi 6PGA + 6NADPH + H+ + 6ATP

กระบวนการเกิดโฟโตเรสไพเรชัน โฟโตเรสไพเรชนั เกดิ ขนึ ในวนั ท่ีมีแสงแดดจัด ทาใหพ้ ืชปดิ ปากใบ ออกซิเจนจะไปแย่งคารบ์ อนไดออกไซด์จบั เอนไซม์กบั เอนไซม์รูบสิ โก ทาให้เกิดฟอสโฟกลเี ซอเรตและไดฟอสโฟไกลโคเลตอยา่ งละ 1 โมเลกลุ โดยฟอสโฟไกลโคเลตจะถูกส่งไปสลายที่เพอรอกซิโซมและ ไมโทคอนเดรยี โดยใชพ้ ลังงานสลายใหก้ ลายเปน็ คารบ์ อนไดออกไซด์ รบู ิสโก

กลไกการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ของพืช C3 พืช C4 เปน็ พืชที่มีการตรึง CO2 ในวฏั จักรคัลวิน แลว้ ได้สารประกอบคารบ์ อนท่เี สถยี รชนดิ แรก พชื C3 เป็นพืชท่มี ีการตรงึ CO2 ในวฏั จกั รคัลวิน เปน็ สารที่มีคาร์บอน 4 อะตอม แล้วไดส้ ารประกอบคาร์บอนทเี่ สถียรชนิดแรก เปน็ สารทมี่ คี ารบ์ อน 3 อะตอม พชื C3 คิวทิเคิล พชื C4 เอพเิ ดอร์มิสดา้ นบน บันเดิลชที แพลเิ ซดมโี ซฟลิ ล์ ทอ่ ลาเลยี ง ท่อลาเลียง บนั เดลิ ชีท สปนั จมี ีโซฟลิ ล์ เอพเิ ดอร์มสิ ด้านล่าง

กลไกการตรึงคารบ์ อนไดออกไซดข์ องพืช C4 และพืช CAM กลางคนื co2 พืช C4 พชื CAM PEP OAA แปง้ มาเลตแวควิ โอล ไพรูเวต มาเลต กลางวนั co2 วฏั จกั รคลั วนิ หวั ขอ้ เปรยี บเทียบ พืช C4 พชื CAM จานวนครังที่มีการตรงึ CO2 2 2 สารที่ใชต้ รงึ CO2 PEP PEP ครังที่ 1 เซลลม์ โี ซฟลิ ล์ / ครงั ท่ี 2 เซลล์บนั เดลิ ชที - ตาแหน่งท่ีมกี ารตรงึ CO2 กลางวัน กลางคนื ชว่ งเวลาในการตรึง CO2 OAA OAA ผลิตภณั ฑ์ตวั แรกทเ่ี กิดจากการตรงึ CO2

ปจั จยั ท่มี ผี ลตอ่ การสงั เคราะหด์ ว้ ยแสง CO2 แสง ออกซเิ จน อุณหภมู ิ อายุใบ NPK นา ธาตุอาหาร

ความเข้มของแสง ัอตราการต ึรง CO2 ุสทธิ (μmol m−2 s−1)20 พืชกลางแจง้ 10 พืชในรม่ พชื แต่ละชนดิ ตอ้ งการ จุดอิม่ ตวั ของแสง ความเข้มของแสง ท่แี ตกต่างกัน 0 250 750 1250 ความเขม้ ของแสง (μmol m−2 s−1) ไลตค์ อมเพนเซชันพอยต์ -10 จากกราฟ จะเหน็ ว่าพืชกลางแจง้ ตอ้ งการความเข้มของแสงมากกว่าพชื ในร่ม

ความเขม้ ข้นของคาร์บอนไดออกไซด4์ 5 ัอตราการต ึรง CO2 ุสทธิ (μmol m−2 s−1) ข้าว ข้าวโพด 35 25 อ้อย พชื แต่ละชนิดต้องการ 15 ความเข้มข้นของ 5 คารบ์ อนไดออกไซด์ -5 ท่แี ตกต่างกนั 200 400 600 800 1000 ความเขม้ ขน้ ของคาร์บอนไดออกไซดใ์ นอากาศ (ppm) จากกราฟ จะเห็นว่าถ้าความเข้มขน้ ของคาร์บอนไดออกไซดเ์ พม่ิ ขึน พชื จะตรงึ แกส๊ คารบ์ อนไดออกไซดไ์ ปใช้ใน กระบวนการสังเคราะหด์ ้วยแสงมากขนึ จนกระทัง่ ถึงจดุ หนึง่ อตั ราการตรึงคาร์บอนไดออกไซดจ์ ะไม่เพิม่ เรียกว่า จดุ อ่ิมตัวของคาร์บอนไดออกไซด์

อุณหภมู ิ โดยท่วั ไปอัตราการสงั เคราะหด์ ว้ ยแสงจะเพม่ิ ขึนเรอ่ื ย ๆ และจะมากที่สดุ เม่ือถึงอุณหภูมิหนงึ่ ถา้ อณุ หภูมมิ ากกว่านีอัตราการสงั เคราะห์ดว้ ยแสงจะลดลง เน่ืองจากเอนไซมท์ เี่ กย่ี วขอ้ งกบั กระบวนการสงั เคราะห์ด้วยแสงจะทางานไดด้ ีในอณุ หภูมทิ ี่เหมาะสม ัอตราการ ัสงเคราะ ์หด้วยแสง พชื C4 พชื C3 20 40 60 อุณหภมู ิ (℃) จากกราฟ จะเห็นว่า พชื C3 สงั เคราะหด์ ว้ ยแสงได้ดีท่ีสุดในช่วงอณุ หภูมปิ ระมาณ 25 ℃ ส่วนพชื C4 สงั เคราะหด์ ว้ ยแสงไดด้ ีในชว่ งอณุ หภูมปิ ระมาณ 35 ℃

อายใุ บ,ปรมิ าณนาทพ่ี ชื ไดร้ บั ,ธาตุอาหาร ใบพืชท่ีเจริญเตบิ โตเตม็ ท่ีจะสงั เคราะห์ด้วยแสงได้ สงู กวา่ ใบพชื ท่ีแกห่ รอื อ่อนเกนิ ไป การปดิ เปิดปากใบจะมผี ลตอ่ กระบวนการแพรข่ องแกส๊ คาร์บอนไดออกไซด์ และแกส๊ ออกซิเจนที่แพร่เข้าออก ผา่ นปากใบ ดงั นัน ปรมิ าณนาทพ่ี ืชได้รบั จงึ มผี ลตอ่ การสังเคราะหด์ ว้ ยแสงของพชื พชื นาธาตอุ าหารมาใชใ้ นกระบวนการสงั เคราะห์ สารคลอโรฟิลล์ เอนไซม์ รวมทงั สารเร่งปฏกิ ริ ยิ าตา่ ง ๆ ที่เกย่ี วข้องกบั กระบวนการสังเคราะหด์ ้วยแสง